1.4 实验：用打点计时器测速度 优秀教案优秀教学设计 高中物理必修一第一章：运动的描述 (10)

第4节实验：用打点计时器测速度
三维目标
知识与技能
1.了解打点计时器的计时原理，理解纸带中包含的物体运动的信息（时间、位移）。

2.会安装并使用打点计时器，理解根据纸带测量速度的原理并测量瞬时速度。

3.明确速度—时间图象的物理意义，描点法画图象的方法，并画出该实验中的速度—时间图象，能从图象中获取有用的信息.
过程与方法
1.通过学生自己看打点计时器的说明书，培养学生独立学习的能力.
2.通过实验得出物体的运动信息，用数学方法表述出来.培养学生获取信息、处理信息的能力，体会处理问题的方法，领悟如何间接测一些不能直接测量的物理量的方法.
3.通过画速度—时间图象培养学生用图象法处理数据的能力，体验数学工具在物理发展中的作用..
情感态度与价值观
1.感受打点计时器的巧妙设计思路，体会物理原理在解决实际问题中的指导作用，增强将物理知识应用于生活实际的意识.
2.经历实验过程，体验科学实验过程的艰辛与喜悦，并乐于探索自然界的奥妙.
3.体验用图象的方法描述物理现象的乐趣.培养学生用数学方法处理物理问题的意识.培养学生敢于创新和实事求是的科学态度和科学精神.
教学重点：
1.学会使用打点计时器.
2.能根据纸带计算物体运动的瞬时速度.
3.会用描点法描绘物体的速度—时间图象，并从中获取物理信息
教学难点：
处理纸带的方法，用描点法画图象的能力
教具准备：
多媒体课件、电磁打点计时器、电火花计时器、学生电源、导线、纸带、刻度尺、坐标纸课时安排：
2课时
教学过程：
1.认识打点计时器
电磁打点计时器
（1）下图为电磁打点计时器的构造图，图中标出了几个主要部件的代号，它们的名称分别是：
1、接线柱
2、线圈
3、永久磁铁
4、振片
5、振针
6、限位孔
7、定位轴
8、复写纸
9、纸带
电磁打点计时器是一种记录运动物体在一定时间内发生位移的仪器，它使用低压交流电源，由学生电源供电，工作电压在 6伏以下，当电源的频率是50 Hz时，它每隔 0.02s 打一个点，通电前把纸带穿过限位孔，再把套在轴上的复写纸片压在纸带的上面，接通电源后，在线圈和永久磁铁的作用下，振片便振动起来，带动其上的振针上下振动。

这时，如果纸带运动，振针就通过复写纸片在纸带上留下一行小点，如果把纸带跟运动的物体连在一起，即由物体带动纸带一起运动，纸带上各点之间的距离就表示相应时间间隔中物体的位移。

电火花计时器
电火花计时器的原理与电磁打点计时器类似，不过在纸带上打点的不是振针和复写纸，
而是电火花和墨粉使用这种计时器工作时，纸带运动受到的阻力比较小，实验误差也就比较小。

思考：3、从原理上考虑，电火花计时器跟电磁打点计时器相比，哪个更好些，误差可能会更小？为什么？
参考答案:电火花计时器使用中运动阻力极小，这种极小阻力来自于纸带运动的本身，而不是打点产生的，电磁打点计时器的打点针对运动中的纸带产生冲击和摩擦，干扰了纸带的运动，这在自由落体实验中尤为显著。

因而电火花计时器系统误差小，计时精度与交流电源频率的稳定程度一致（脉冲周期不大于50 μs，这一方面也远优于电磁打点计时器），同时它的操作简易，使用安全可靠（脉冲放电电流平均值不大于5 μA）.
思考：4.打点计时器是如何在纸带上打点的，请写出操作步骤？
参考答案:1、将打点计时器固定好，装好纸带。

2、启动电源，用手水平地拉动纸带，纸带上就打出一行小点。

3、立即关闭电源
注意事项：
①使用计时器打点时，应先接通电源，待打点计时器稳定后，再释放纸带。

②释放物体前，应使物体停在靠近打点计时器的位置.
③使用电火花计时器时，应注意把两条白纸带正确穿好，墨粉纸盘夹在两纸带之间，使用电磁打点计时器时，应让纸带通过限位孔，压在复写纸下面。

思考：5、打点计时器能够记录哪些信息？如何利用纸带上的点迹计算纸带的平均速度？如果纸带上的点迹分布不均匀，那么点迹密集的地方表示运动的速度较大还是较小？
参考答案:
1、打点计时器能够记录时间和位移
2、取下纸带，从能够看清的某个点开始，往后数出若干个点，如果数出n个点点之间的间隔数为（n-1）个，用Δt= 0.02(n-1) s, 计算出纸带从第一个点到第n点的运动时间。

用刻度尺测量出从第一个点到第n个点的距离Δχ。

利用公式Δυ= Δχ/Δt计算出纸带在这段时间内的平均速度。

3、如果纸带上的点迹分布不均匀，那么点迹密集的地方表示运动的速度较小
思考：6、如果我们不要求很精确，那么如何用打点计时器测量任意一点的瞬时速度呢？请说明方法？
参考答案:测量出包括E点在内的D、F两点间的位移Δx和时间Δt，算出纸带在这两点间
的平均速度v =t
x ∆∆，用这个平均速度代表纸带经过E 点时的瞬时速度.
图1－4－4
t
x ∆∆可以大致表示E 点的瞬时速度，D 、F 两点离E 点越近，算出的平均速度越接近E 点的瞬时速度.然而D 、F 两点距离过小则测量误差增大，应该根据实际情况选取这两个点
总结：用某段时间内的平均速度来粗略的代替这段时间内的某点的瞬时速度.所取的时间间隔越接近该点计算出的瞬时速度就越精确.
思考：7.我们可以用图像法来描述物体的运动，如果给你一条打好点的纸带，请分步骤说明如何得到描述运动的图像？并请作出匀速直线运动的v-t 图像。

参考答案:1.每5个点取一个计数点。

2.利用某段时间内的平均速度来粗略的代替这段时间内的某点的瞬时速度的方法
计算出各个计数点的瞬时速度。

3.把第一个计数点作为计时起点，作v-t 图像
总结：电磁打点计时器和电火花计时器都是记录运动物体在一定时间间隔内位移的仪器.v －t 图象：表示做直线运动物体的速度随时间变化的规律.某段时间图线与时间轴围成的面积值表示该段时间内物体通过的位移大小.形状一样的图线，在不同图象中所表示的物理规律不同.
思考题：使用打点计时器时，下列问题对实验的影响是什么？
（1）错接在直流电源上，影响是
（2）电源频率不稳，影响是
（3）打点针压得太紧，影响是
（4）电源电压不稳，影响是
（5）振针过长，影响是
参考答案:
（1）不会打点；
（2）打点间隔无规律，不总是每隔0.02s 打一个点，但纸带上看不出，而实际上打点间隔
已不是0.02s 内物体运动的位移；
（3）针与纸带接触时间过长，使“点”变成为“线”；
（4）不影响打点的时间间隔，影响打点的清晰程度；
（5）对纸带的影响和振针压得太紧相似，是间断的直线。

板书设计：
4 用打点计时器测速度
典型例题
1.一同学在使用打点计时器时，纸带上点不是圆点而是一些短线，这可能的原因是（ D ）A．接在直流电源上 B．电源电压不稳
C．电源频率不稳 D．打点针压得过紧
2.电磁打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器，根据打点计时器打出的纸带，我们可以从纸带上直接得到的物理量是（ AB ）
A．时间间隔 B．位移 C．平均速度 D．瞬时速度
3.在用打点计时器测定小车速度的实验中得到一条纸带，如图所示，从比较清楚的点开始，每五个打印点取一个计数点，分别表明0、1、2、3…，量的0与1两点间的距离s1＝30mm，2与3两点间的距离为s3＝48mm，则小车在0与1两点间的平均速度v1＝ 0.3 m/s，在2与3两点间的平均速度v3＝ 0.48 m/s，据此可判断小车做加速运动。

4.打点计时器的电源频率为50Hz时，振针每隔 0.02 s打一个点。

现用打点计时器测定物体的速度，当实际的电源频率低于50Hz时，如果仍按50Hz来计算，则测得的速度值将比真实值偏大。